Генерація третьої гармоніки q-гаусівського лазерного променя у плазмі без зіткнень
Анотація
У цьому дослідженні досліджується генерація третьої гармоніки (ГТГ) q-гауссового лазерного променя, що поширюється через беззіткнювальну плазму. Цей нелінійний профіль променя індукує градієнти густини в плазмі через пондеромоторну силу. Ці градієнти густини збуджують електронні плазмові хвилі (ЕПХ) з подвоєною частотою хвилі накачування за допомогою механізму V->xB->. Фундаментальна хвиля накачування та ЕПХ взаємодіють нелінійно, створюючи випромінювання третьої гармоніки. Нелінійне ЗДР для перетяжки променя накачування та вирази ефективності перетворення ГТГ отримані за допомогою методу ВКБ та параксіального підходів. Також проаналізовано вплив ключових параметрів лазерної плазми, включаючи густину плазми, ширину променя, інтенсивність та q-параметр, на самофокусування основного променя та ефективність третьої гармоніки. Результати показують, що q-гаусові пучки, завдяки своїм вищим амплітудам поля та ширшим крилам, ніж у звичайних гаусових пучках, можуть значно покращити генерацію гармонік у беззіткнювальній плазмі. Ці результати дають уявлення про оптимізацію генерації гармонік у структурованих лазерних променях для застосувань в надшвидкій оптиці, прискоренні частинок та джерелах випромінювання на основі плазми.
Завантаження
Посилання
H. Hora, “New aspects for fusion energy using inertial confinement,” Laser Part. Beams, 25, 37–45 (2007). https://doi.org/10.1017/s0263034607070073
T. Feder, “Petawatt laser probes nature at Texas University,” Phys. Today, 61, 27 (2008). https://doi.org/10.1063/1.3001859
R. Singh, A. Sharma, and V. Tripathi, “Relativistic self-distortion of a laser pulse and ponderomotive acceleration of electrons in an axially inhomogeneous plasma,” Laser Part. Beams, 28, 299 (2010). https://doi.org/10.1017/s0263034610000200
E. Esarey, C.B. Schroeder, and W.P. Leemans, “Physics of laser-driven plasma-based electron accelerators,” Rev. Mod. Phys., 81, 1229 (2009). https://doi.org/10.1103/revmodphys.81.1229
R. Bingham, J.T. Mendonca, and P.K. Shukla, “Topical review: plasma based charged-particle accelerators,” Plasma Phys. Controlled Fusion, 46, R1 (2004). https://doi.org/10.1088/0741-3335/46/1/r01
Z. Zeng, Y. Cheng, X. Song, R. Li, and Z. Xu, “Generation of an extreme ultraviolet supercontinuum in a two color laser field,” Phys. Rev. Lett. 98, 203901 (2007). https://doi.org/10.1103/physrevlett.98.203901
K. Walia, “Propagation characteristics of a high-power beam in weakly relativistic-ponderomotive thermal quantum plasma,” Commun. Theor. Phys., 75, 095501 (2023). https://doi.org/10.1088/1572-9494/accf82
K. Walia, “Nonlinear interaction of high power beam in weakly relativistic and ponderomotive cold quantum plasma,” Optik, 219, 165040 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165040
K. Walia, “Nonlinear Interaction of High Power Elliptical Laser Beam with Cold Collisionless Plasma,” J. Fusion Energ. 35, 446 (2016). https://doi.org/10.1007/s10894-016-0059-0
T. Singh, and K. Walia, “Impact of High-Power Cosh-Gaussian Beam on Second Harmonic Generation in Collisionless Magnetoplasma,” J. Contemp. Phys. 59, 254 (2024). https://doi.org/10.1134/s106833722470049x
K. Walia, “Self-focusing of high power beam in unmagnetized plasma and its effect on Stimulated Raman scattering process,” Optik, 225, 165592 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165592
K. Walia, “Stimulated Brillouin Scattering of high power beam in unmagnetized plasma: Effect of relativistic and ponderomotive nonlinearities,” Optik, 221, 165365 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165365
K.M. Gavade, T.U. Urunkar, B.D. Vhanmore, A.T. Valkunde, M.V. Takale, and S.D. Patil, “Self-focusing of Hermite cosh Gaussian laser beams in a plasma under a weakly relativistic and ponderomotive regime,” J. Appl. Spectrosc. 87, 499–504 (2020). https://doi.org/10.1007/s10812-020-01030-1
S. Chib, L.D. Essakali, and A. Belafhal, “Propagation properties of a novel generalized flattened Hermite-cosh-Gaussian light beam,” Opt. Quantum Electron. 52, 277 (2020). https://doi.org/10.1007/s11082-020-02406-5
M.A. Wani, and N. Kant, “Investigation of relativistic self-focusing of Hermite-cosine-Gaussian laser beam in collisionless plasma,” Optik, 127, 4705 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.02.026
K. Singh, and K. Walia, “Second Harmonic Generation of High Power Cosh-Gaussian Beam in Thermal Quantum Plasma: Effect of Relativistic and Ponderomotive Nonlinearity,” J. Contemp. Phys. 59, 244 (2024). https://doi.org/10.1134/s1068337224700488
K. Singh, and K. Walia, “Influence of Self-Focused Elliptical Laser Beam on Second Harmonic Generation in Cold Quantum Plasma,” J. Contemp. Phys. 59, 154 (2024). https://doi.org/10.1134/s1068337224700300
J. Wadhwa, and A. Singh, “Generation of second harmonics by a self-focused Hermite-Gaussian laser beam in collisionless plasma,” Phys. Plasmas, 26, 062118 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5086858
R. Singh, and V.K. Tripathi, “Brillouin shifted third harmonic generation of a laser in a plasma,” J. Appl. Phys. 107, 113308 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3431402
H.R. Askari, and M. Noroozi, “Effect of a wiggler magnetic field and the ponderomotive force on the second harmonic generation in laser-plasma interactions,” Turkish J. Phys. 33, 299 (2009). https://doi.org/10.3906/fiz-0810-14
M. Abedi-Varaki, and S. Jafari, “Second-harmonic generation of a linearly polarized laser pulse propagating through magnetized plasma in the presence of a planar magnetostatic wiggler,” Eur. Phys. J. Plus, 133, 1 (2018). https://doi.org/10.1140/epjp/i2018-11975-2
E. Schifano, S.D. Baton, C. Labaune, N. Renard, V. Biancalana, A. Giulietti, and D. Giulietti, “Second harmonic emission from laser-preformed plasmas as a diagnostic for filamentation in various interaction conditions,” Laser Part. Beams, 12, 435 (1994). https://doi.org/10.1017/s0263034600008296
E. Esarey, A. Ting, P. Sprangle, D. Umstadter, and X. Liu, “Nonlinear analysis of relativistic harmonic generation by intense lasers in plasmas,” IEEE Trans. Plasma Sci. 21, 95 (1993). https://doi.org/10.1109/27.221107
S.D. Baton, H.A. Baldis, T. Jalinaud, and C. Labaune, “Fine-Scale Spatial and Temporal Structures of Second-Harmonic Emission from an Underdense Plasma,” Europhys. Lett. 23, 191 (1993). https://doi.org/10.1209/0295-5075/23/3/006
F. Brandi, F. Giammanco, and W. Ubachs, “Spectral red shift in harmonic generation from plasma dynamics in laser focus,” Phys. Rev. Lett. 96, 123904 (2006). https://doi.org/10.1103/physrevlett.96.123904
R.A. Ganeev, M. Suzuki, M. Baba, and H. Kuroda, “Higher order harmonic generation from laser plasma produced by pulses of different duration,” Phys. Rev. A, 76, 023805 (2007). https://doi.org/10.1103/physreva.76.023805
M.K. Gupta, R.P. Sharma, and S.T. Mahmoud, “Generation of plasma wave and third harmonic generation at ultra-relativistic laser power,” Laser Part. Beams, 25, 211 (2007). https://doi.org/10.1017/s0263034607000031
H. Sharma, H. Jaloree, and J. Prashar, “Magnetic field wiggler assisted third harmonic generation of a Gaussian laser pulse in plasma,” Turk. J. Phys. 37, 368–374 (2013). https://doi.org/10.3906/fiz-1212-12
V. Sharma, V. Thakur, and N. Kant, “Third harmonic generation of a relativistic self-focusing laser in plasma in the presence of wiggler magnetic field,” High Energy Dens. Phys. 32, 51–55 (2019). https://doi.org/10.1016/j.hedp.2019.04.007
M. Abedi-Varaki, “Relativistic laser third-harmonic generation from magnetized plasmas under a tapered magnetostatic wiggler,” Phys. Plasmas, 30, 083102 (2023). https://doi.org/10.1063/5.0155016
M. Singh, and D.N. Gupta, “Relativistic third-harmonic generation of a laser in a self-sustained magnetized plasma channel,” IEEE J. Quantum Electron. 50, 491-496 (2014). https://doi.org/10.1109/jqe.2014.2320763
T. Azad, N. Kant, A. Paknezhad, et al. “Raman-enhanced nonlinear effects on third harmonic generation in plasma using Hermite cosh Gaussian laser beam,” Opt. Quant. Electron. 57, 239 (2025). https://doi.org/10.1007/s11082-025-08143-x
R.A. Ganeev, “High-order harmonic generation in boron carbide laser-induced plasma: comparison with carbon and boron plasmas, two-color-pumping-induced enhancement, quasi-phase-matching, and tuning of harmonics,” Optics Continuum, 3(12), 2272–2285 (2024). https://doi.org/10.1364/optcon.540708
S. Westerberg, M. Redon, A.-K. Raab, G. Beaufort, et al. “Influence of the laser pulse duration in high-order harmonic generation,” APL Photonics, 10, 096103 (2025). https://doi.org/10.1063/5.0272968
R.A. Ganeev, “High-order harmonics enhancement in laser-induced plasma,” Sci. Rep. 13, 13951 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41239-6
V. Thakur, and N. Kant, “Effect of pulse slippage on density transition-based resonant third harmonic generation of short pulse laser in plasma,” Front. Phys. 11, 115202 (2016). https://doi.org/10.1007/s11467-016-0563-8
V. Sharma, V. Thakur, A. Singh, and N. Kant, “Third harmonic generation of a relativistic self-focusing laser in plasma under exponential density ramp,” Z. Naturforsch. A, 77, 323–328 (2022). https://doi.org/10.1515/zna-2021-0266
M.J. Basiry, M. Sharifian, M. Hashemzadeh, M. Borhani, and H. Alirezaie, “Influence of rippled density and laser profile on third harmonic generation using cosh–Gaussian laser pulses in inhomogeneous magnetized plasmas,” Contrib. Plasma Phys. 63, 202200196 (2023). https://doi.org/10.1002/ctpp.202200196
K.Y. Khandale, P.T. Takale, T.U. Urunkar, S.S. Patil, P.P. Nikam, M.B. Mane, V.S. Pawar, et al. “On the exploration of q parameter in propagation dynamics of q-Gaussian laser beam in underdense collisional plasma,” Bulg. J. Phys. 49, 375–385 (2022). https://doi.org/10.55318/bgjp.2022.49.4.375
D.N. Yadav, and S.C. Sharma, “Electron plasma wave excitation by a q-Gaussian laser beam and subsequent electron acceleration,” Phys. Plasmas, 27, 093106 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0007998
A.S. Ahmed, H.A. Salih, and K.I. Hassoon, “Relativistic self-focusing of a q-Gaussian laser beam in plasma by the influence of magnetic field,” Braz. J. Phys. 53, 112 (2023). https://doi.org/10.1007/s13538-023-01324-7
D. Tripathi, S. Kaur, A. Vijay, and K. Walia, “Nonlinear Dynamics of q-Gaussian Laser Beam in Collisional Plasma: Effect of Linear Absorption,” J. Contemp. Phys. 60, 16 (2025). https://doi.org/10.1134/s1068337225700409
K. Walia, N. Mehra, and S. Pandit, “Propagation Characteristics of q-Gaussian Laser Beam in Cold Collisionless Plasma,” J. Contemp. Phys. 59, 378 (2024). https://doi.org/10.1134/s1068337225700203
K. Walia, “Self-focusing of q-Gaussian beam in unmagnetized plasma and its impact on second harmonic generation,” Optik, 277, 170681 (2023). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2023.170681
S.A. Akhmanov, A.P. Sukhorokov, and R.V. Kokhlov, “Self-focusing and diffraction of light in nonlinear medium,” Sov. Phys. Uspekhi, 10, 609 (1968).
M.S. Sodha, A.K. Ghatak, and V.K. Tripathi, “Self focusing of laser beams in plasmas and semiconductors,” Prog. Opt. 13, 169 (1976). https://doi.org/10.1016/s0079-6638(08)70021-0
Авторське право (c) 2025 Кулкаран Сінгх, Кешав Валья, Таранджот Сінгх
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
